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利用X射线CT对水稻根系结构进行高通量三维可视化

发布:2020-06-09 09:36:12     来源:PhenoTrait
X射线计算机断层扫描(CT)能够对土壤下根系三维结构(RSA)进行无损观察。然而,CT扫描、重建过程以及分离根,都需要很长的时间。因此,对于较大群体规模的遗传分析(如数量性状位点的定位)需要高通量RSA可视化方法。

以一个4周大的Kinandang Patong为扫描对象,在一个装满煅烧粘土的罐子进行典型的X射线CT扫描

本文利用X射线CT技术建立了水稻根RSA三维可视化高通量处理流程。该处理流程包括利用统一粒度、煅烧粘土减少可视化非根段的可能性;利用更高管电压和电流的X射线CT扫描增加root-to-soil对比度;以及利用三维中值滤波和边缘检测算法分离根段。结果显示,该分析流程进行CT扫描和重建仅需10分钟(如果可以接受粗糙图像,则为33秒),进行图像处理仅需2分钟(即可实现水稻RSA可视化)。缩短的时间能够用来进行与3-D RSA表型相关的遗传分析。对直径16cm和20cm的盆栽的2周龄幼苗根和冠根的检出率分别为85%和100%。每次扫描的X射线剂量估计为 <0.09gy,不妨碍水稻生长。利用该开发流程,能够在3周内跟踪旱稻品种的RSA日常发育。

以4周大的Kinandang Patong为扫描对象的X射线CT容积图像处理

综上所述,本文将基于X射线CT的3-D水稻RSA可视化高通量处理流程命名为”RSAvis3D”。该方法可用于4-D RSA表型分析,并适用于其他植物物种3-D RSA表型分析。

X射线剂量对植物生长的影响

来源:

Teramoto S, Takayasu S, Kitomi Y, et al. High-throughput three-dimensional visualization of root system architecture of rice using X-ray computed tomography

Plant Methods (2020) 16:66. https://doi.org/10.1186/s13007-020-00612-6.

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